Вариации условного негативные ( CNV ) является время реакции между предупреждением и ходом сигналом , как измерено с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). CNV был одним из первых компонентов, связанных с событием (ERP), которые были описаны. Компонент CNV был впервые описан В. Греем Уолтером и его коллегами в статье, опубликованной в журнале Nature в 1964 году. [1] Важность этого открытия заключалась в том, что это было одно из первых исследований, которое показало, что согласованные модели амплитуды электрических ответов может быть получено из большого фонового шума, который возникает в записях ЭЭГ, и что эта активность может быть связана с когнитивным процессом например, ожидание.
Основные парадигмы
Грей Уолтер и его коллеги провели эксперимент в хронометрической парадигме. Они заметили, что электрическая реакция ослабла или приобрела привычку при повторении единственного стимула. Они также заметили, что амплитуда электрического ответа вернулась, когда второй стимул был связан с первым стимулом. Эти эффекты усиливались, когда на второй стимул требовалась поведенческая реакция. В хронометрической парадигме первый стимул называется предупреждающим стимулом, а второй стимул, часто побуждающий субъекта к поведенческой реакции, называется императивным стимулом. Промежуточный период - это время между предупреждающими и императивными стимулами. Время между императивным стимулом и поведенческой реакцией называется временем реакции. Таким образом, CNV наблюдается в предшествующий период, между предупреждением и императивным стимулом.
Уолтер и его коллеги также заметили, что электрические реакции на предупреждающие стимулы, по-видимому, имели три фазы: кратковременный положительный компонент, краткий отрицательный компонент и устойчивый отрицательный компонент. Они заметили, что краткие компоненты варьировались из-за сенсорной модальности, в то время как устойчивый компонент варьировался в зависимости от случайности между предупреждающими и императивными стимулами и вниманием испытуемого. Они назвали этот компонент «условной отрицательной вариацией», потому что вариация отрицательной волны зависела от статистической взаимосвязи между предупреждающими и императивными стимулами.
В своем исследовании Walter et al. (1964) представили щелчки или вспышки, по отдельности или попарно, с интервалом от 3 до 10 секунд. Предупреждающими стимулами были одиночные щелчки или вспышки, а императивными стимулами были повторяющиеся щелчки или вспышки. Модальность повелительных стимулов была противоположной модальности предупреждающих стимулов. Поведенческой реакцией было нажатие кнопки, прекращающее повторяющиеся стимулы. [1]
В 1990 году парадигма двунаправленного CNV была использована Лиляной Божиновской и ее командой для получения интерфейса мозг-компьютер на основе CNV для управления компьютерным зуммером. [2] [3]
В 2009 году парадигма CNV-триггера была использована Адрианом Божиновским и Лиляной Божиновской в эксперименте с интерфейсом мозг-компьютер на основе CNV для управления физическим объектом, роботом. [4]
Компонентные характеристики
Walter et al. (1964) показали, что один щелчок вызывает кратковременный положительный пик и короткий отрицательный пик. Повторяющиеся вспышки вызывают кратковременные положительные и отрицательные пики. Если эти стимулы разделены на 1 секунду, то образуются одинаковые индивидуальные паттерны. После примерно 50 презентаций эти пики неотличимы от шума. С другой стороны, когда один щелчок сопровождается повторяющимися вспышками, которые заканчиваются нажатием кнопки, появляется большой постепенный отрицательный пик, который резко заканчивается при нажатии кнопки. Это условная отрицательная вариация. Другое классическое исследование было описано Джозефом Текче в Психологическом бюллетене в 1972 году. [5] В этом обзоре Текче резюмирует развитие, морфологию и место появления CNV.
Разработка
Исследования показали, что CNV появляется примерно после 30 попыток парных стимулов, хотя это число может быть уменьшено, если испытуемый заранее понимает задачу. Для выявления CNV использовались световые вспышки, щелчки и звуковые сигналы. Ответ на императивный стимул необходим, чтобы вызвать четкую CNV. Этот ответ может быть физическим или психологическим. [5] CNV вызывается, когда предъявляются два связанных стимула. Когда императивный стимул неожиданно удаляется, CNV ослабевает до тех пор, пока не будет полностью подавлен примерно после 20–50 попыток. CNV немедленно восстанавливается, если снова сочетаться с императивным стимулом.
Морфология
Отрицательный пик CNV возрастает примерно через 260–470 мс после предупреждающего стимула. Он будет быстро расти, если испытуемый не уверен в том, когда будет императивный стимул, и он будет расти постепенно, если испытуемый уверен в том, когда будет императивный стимул. Максимальная амплитуда обычно составляет около 20 микровольт. [5]
Топография
CNV наиболее заметно проявляется в макушке и является двусторонне симметричным. [5]
Функциональная чувствительность
Существует множество исследований, в которых описывается, какие характеристики стимула могут влиять на характеристики CNV. Например, интенсивность, модальность, продолжительность, скорость стимула, вероятность, релевантность стимула и различение высоты тона могут влиять на компонент CNV. [6]
Внимание и ожидание
Внимание также влияет на амплитуду CNV. Следующие ниже примеры из различных условий задачи и исследований показывают, что CNV изменяется, когда экспериментальный протокол меняет внимание, необходимое для выполнения задач. [1] [5] Во-первых, когда испытуемым сказали, что императивный стимул будет удален, CNV была уменьшена. Во-вторых, в одном из условий испытуемым разрешалось выбирать, будут ли они нажимать кнопку или нет. В испытаниях, где субъект решил не отвечать, CNV отсутствовал. В-третьих, когда испытуемому специально сказали, что не будет повторяющихся вспышек, CNV не был вызван. В-четвертых, другое условие показало, что CNV вызывался у субъектов, которым было сказано оценить, когда возникнут повторяющиеся вспышки, даже если вспышки не были представлены. В-пятых, когда испытуемых просили обратить внимание и быстро ответить, амплитуда CNV увеличивалась. Результаты этих условий предполагают, что CNV связана с вниманием и ожиданием.
Вероятность
Когда вероятность повторяющихся вспышек является случайной и повторяющиеся вспышки удаляются примерно в 50% испытаний, амплитуда CNV составляет примерно половину от нормальной.
Интенсивность
Некоторые исследователи показали, что интенсивность стимула может влиять на амплитуду CNV. Кажется, что компонент CNV имеет более высокую амплитуду для стимулов, которые имеют низкую интенсивность, то есть трудно увидеть или услышать, в отличие от стимулов, которые имеют высокую интенсивность. Это может быть связано с тем, что субъект должен уделять больше внимания, чтобы воспринимать стимул низкой интенсивности. Если обнаружение императивной задачи становится слишком трудным, то амплитуда CNV уменьшается. Другими словами, внимание к императивному стимулу важно для развития CNV, а повышенные трудности с заданием отвлекают внимание.
В связанных исследованиях исследователи также показали, что чем больше необходим моторный ответ, тем больше CNV. Исследования с испытуемыми, которые недосыпают, как правило, показывают снижение CNV. Это является дополнительным доказательством того, что недостаток внимания может снизить амплитуду CNV. [5]
Межстимульный интервал
Амплитуда CNV изменяется при изменении переднего периода или межстимульного интервала (ISI). Наиболее часто используемый ISI составляет 1,0–1,5 секунды. Испытания с ISI между 0,5–1,5 выявляют устойчивую волну CNV. Когда ISI снижается до 0,125 или 0,25 секунды, CNV подавляется. С другой стороны, испытания с ISI 4,8 секунды показывают снижение амплитуды CNV.
O-волна и E-волна
Большинство исследователей согласны с тем, что компонент CNV был связан с обработкой информации и подготовкой ответа. Главный спор заключается в том, состоит ли CNV более чем из одного компонента. После открытия CNV исследователи смогли различить два основных компонента CNV. Лавлесс и Сэнфорд (1975) и Вертс и Ланг (1973) увеличили межстимульный интервал до более чем 3 секунд и показали, что два компонента можно визуально отличить от CNV. Первая волна последовала за предупреждающим стимулом и была названа О-волной, или ориентирующей волной. [7] [8] Эта волна показала повышенную амплитуду во фронтальных областях. Вторая волна предшествовала императивному стимулу и была названа E-волной или волной ожидания. Исследование, проведенное Гайяром (1976), предоставило дополнительные доказательства того, что волна О была распределена по фронту и на нее сильнее влияли слуховые, а не визуальные стимулы. [9]
Связанный с этим важный вопрос заключался в том, соответствует ли CNV полностью или частично потенциалу готовности . Потенциал готовности - это нервная подготовка к моторным ответам. Оба компонента имеют одинаковое распределение волосистой части головы с отрицательной амплитудой и связаны с двигательной реакцией. Фактически, многие исследователи утверждали, что конечная CNV, или волна E, на самом деле была потенциалом готовности, или потенциалом Bereitschaftspotential . Это был общий консенсус до тех пор, пока другие работы не предоставили доказательства того, что CNV можно отличить от RP. [6] [10] Во-первых, RP обычно латерализован к противоположной стороне двигательной реакции, тогда как CNV обычно двусторонний. Во-вторых, CNV может возникать даже тогда, когда двигательная реакция не требуется. В-третьих, RP возникает без каких-либо внешних стимулов. Это показывает, что RP возникает для моторных ответов, тогда как CNV возникает, когда два стимула связаны друг с другом. [5]
Локализация
Другой важной темой в изучении компонента CNV является локализация общего источника CNV. Например, Hultin, Rossini, Romani, Högstedt, Tecchio и Pizzella (1996) использовали магнитоэнцефалографию (МЭГ) для определения местоположения электромагнитного источника волны CNV. Их эксперимент предполагает, что терминальная CNV расположена в области 6 Бродмана и соответствует премоторной коре головного мозга . [11]
Работа, проделанная Запполи и его коллегами, является еще одним примером исследования, проведенного для определения генераторов компонента CNV. Запполи (2003) изучал паттерны ERP, включая CNV, у субъектов с заболеваниями головного мозга или повреждениями головного мозга. [12] Запполи рассматривает доказательства, которые показывают, что в некоторых случаях эпилептические разряды влияют на волны ожидания и, следовательно, уменьшают амплитуду CNV. Запполи также описал исследование, в котором изучались характеристики CNV у пациентов, перенесших лоботомию лобных областей. У этих пациентов амплитуды CNV были уменьшены или отсутствовали.
Теория
Было выдвинуто множество теорий для объяснения когнитивных процессов, лежащих в основе компонента CNV. Уолтер и его коллеги предположили, что амплитуда CNV напрямую зависит от субъективной вероятности или ожидания императивных стимулов. Другие исследователи предположили, что амплитуда CNV меняется в зависимости от намерения совершить действие. Другая теория заключается в том, что CNV зависит от мотивации испытуемого выполнить задание. Текче предполагает, что CNV связана как с уровнем внимания, так и с уровнем возбуждения.
Смотрите также
- Bereitschaftspotential
- C1 и P1
- Разница из-за памяти
- Ранний левый передний негатив
- Отрицательность, связанная с ошибкой
- Поздний положительный компонент
- Боковой потенциал готовности
- Негативность несоответствия
- N2pc
- N100
- N170
- N200
- N400
- P3a
- P3b
- P200
- P300 (нейробиология)
- P600
- Соматосенсорный вызванный потенциал
- Визуальный N1
Рекомендации
- ^ a b c Уолтер, WG; Cooper, R .; Олдридж, VJ; Маккаллум, WC; Уинтер, А.Л. (1964). «Условное отрицательное изменение: электрический признак сенсомоторной ассоциации и ожидания в человеческом мозге». Природа . 203 (4943): 380–384. DOI : 10.1038 / 203380a0 . PMID 14197376 .
- ^ Л. Божиновская, Г. Стоянов, М. Сестаков, С. Божиновский. Распознавание паттернов CNV - шаг к когнитивному наблюдению за волнами. В: Л. Торрес, Э. Масграу, М. Лагунас, редакторы. Обработка сигналов: теории и приложения. Труды Пятой Европейской конференции по обработке сигналов (EUSIPCO 90); 1990 год, Барселона. 1990 г., издательство Elsevier Science Publishers; 1990. стр. 1659–1662
- ^ L Bozinovska, С. Bozinovski, Г. Стоянов. Электроэкспектограмма: экспериментальный план и алгоритмы. Труды IEEE International. Биомедицинские. Инженерные дни; 1992. Стамбул. п. 58–60
- ^ А. Bozinovski, Л. Bozinovska. Предвосхищающие возможности мозга в парадигме интерфейса мозг-робот. Материалы 4-й Международной конференции IEEE EMBS по нейронной инженерии, Анталия, Турция, стр. 451-454, 2009 г.
- ^ Б с д е е г Текче, Дж. Дж. (1972). «Условные отрицательные вариации (CNV) и психологические процессы в человеке». Психологический бюллетень . 77 (2): 73–108. DOI : 10.1037 / h0032177 . PMID 4621420 .
- ^ а б Frost, BG; Нил, РА; Фенелон Б. (1988). «Детерминанты немоторной CNV в сложной, изменчивой парадигме обработки информации». Биологическая психология . 27 (1): 1-21. DOI : 10.1016 / 0301-0511 (88) 90002-6 . PMID 3251557 .
- ^ Нелюбовь, NE; Сэнфорд, AJ (1975). «Влияние интенсивности предупреждающего сигнала на время реакции и составляющие условной отрицательной вариации». Биологическая психология . 2 (3): 217–226. DOI : 10.1016 / 0301-0511 (75) 90021-6 . PMID 1139019 .
- ^ Weerts, TC; Ланг, П.Дж. (1973). «Влияние фиксации взгляда и места стимула и ответа на условную отрицательную вариацию (CNV)». Биологическая психология . 1 (1): 1–19. DOI : 10.1016 / 0301-0511 (73) 90010-0 . PMID 4804295 .
- ^ Гайяр, AW (1976). «Влияние модальности предупреждающего сигнала на условное отрицательное изменение (CNV)». Биологическая психология . 4 (2): 139–154. DOI : 10.1016 / 0301-0511 (76) 90013-2 . PMID 1276304 .
- ^ Ручкин Д.С.; Sutton, S .; Mahaffey, D .; Глейзер, Дж. (1986). «Терминальный CNV при отсутствии двигательной реакции». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 63 (5): 445–463. DOI : 10.1016 / 0013-4694 (86) 90127-6 . PMID 2420561 .
- ^ Hultin, L .; Россини, П .; Romani, GL; Högstedt, P .; Tecchio, F .; Пиццелла, В. (1996). «Нейромагнитная локализация поздней компоненты условной отрицательной вариации». Электроэнцефалография и клиническая нейрофизиология . 98 : 425–448.
- ^ Запполи, Р. (2003). «Постоянные или временные эффекты на нейрокогнитивные компоненты комплекса CNV, вызванные дисфункциями, повреждениями и абляциями головного мозга у людей». Международный журнал психофизиологии . 48 (2): 189–220. DOI : 10.1016 / S0167-8760 (03) 00054-0 . PMID 12763574 .